【Linux】进程控制（创建、终止、等待、替换）

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1. 进程创建

如何创建进程我们已经在之前学习过了，无非就是使用fork()，它有两个返回值。创建成功，给父进程返回PID，给子进程返回0；创建失败，给父进程返回-1。

由于虚拟地址空间的存在，父子两进程各自独立，父子代码共享，父子在不修改时，数据也是共享的；当将fork的返回值进行写入时，便以写时拷贝的方式各自一份副本。具体见下图:

但是操作系统怎么知道要发生写时拷贝呢？

在调用fork时，父进程会先将页表中的执行权限全部改成只读。那么子进程继承下来的页表项，全部都是只读的。

当通过代码区对某些数据段就行写入时，会被页表识别到，并触发系统错误(缺页中断)；只不过触发错误的时候，系统会判断是真的发生了错误，还是要发生写时拷贝！

fork常规用法

• 一个父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。例如，父进程等待客户端请求，生成子 进程来处理请求。
• 一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后，调用execl函数，来执行不同的程序。（进程程序替换）

2. 进程终止

在我们以前写程序的时候，main函数总是会带一个返回值，但这个返回值有什么用处呢？它是给谁看的呢？- - 返回给父进程(bash)或者系统。

在下面的程序中，main函数返回了0

这个退出码有什么用呢？ - - 表明错误的原因，一般用0表示成功，非0表示错误。

C/C++给我们提供了一些错误码，errno，perror，strerror等函数。

将退出码返回以后，可以供父进程或操作系统获得错误信息，所以这个错误码是给机器看的。

不同的系统，提供的错误码的种类和数量可能不同的；同时你也可以自己定义退出码。

进程终止的方式：

1. mian函数 return 返回
2. exit()，会刷新缓冲区，底层调用_exit()
3. _exit()，不会刷新缓冲区，是一个系统调用接口

• return vs exit()

• exit vs _exit

3. 进程等待

在进程状态那里讲过，子进程退出，如果父进程不读取它，它会变成僵尸进程。

为了避免子进程进入僵尸状态，父进程该如何读取子进程，回收它呢？- - -使用

wait

方法。

一般而言，父进程创建了子进程，就要对子进程负责，就要等待子进程，直到子进程结束。如果子进程不退出，父进程就要阻塞在wait函数内部。

除了回收子进程外，父进程还需要知道子进程把任务完成的怎么样呢？ - -使用

waitpid()

pid_t waitpid(pid_t pid,int*status,int options);

• waitpid的第一个参数pid

pid > 0:等待指定的子进程
pid == -1:等待任意一个子进程

那如何获得子进程的退出信息呢？

• waitpid的第二个参数 status

子进程的退出码，是通过我们所传递的第二个参数带出来的，理想结果应该就是子进程的退出码1。
但是实际结果为什么是256呢？

这是因为status中不仅仅包含进程退出码，它还包括一些退出信息。
status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待，它有32个比特位，具体细节如下图（只研究status低16个比特位）

它的次低八位才是退出码

那低八位上的退出信号是干什么用的呢？

我们知道，进程退出有三次原因

1. 代码跑完，结果对，return 0
2. 代码跑完，结果错误，return 非0
3. 进程异常

对于前两种原因，我们都可以通过退出码来识别错误；
对于第三种原因，进程异常直接会被操作系统使用信号终止，但是退出码是进程正常终止时由进程本身设置的，用于向父进程报告其结束状态或结果。然而，当进程因为接收到一个信号（如段错误、非法指令、用户中断等）而异常终止时，退出码就不再是一个可靠的指示器了。

所以，低七位上的会记录退出信号，第7位有其它作用，信号如下：

我们发现没有0号信号，因为0号信号标记着进程正常退出。

所以，

当一个进程结束时，如果退出信号为0，则表示正常退出；但结果对不对，我们还需要再通过退出码来判断。

除了使用位运算来获取进程的退出信息，系统还提供了两个宏供我们使用：

• WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态，则为真。（查看进程是否是正常退出）
• WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）

• waitpid的第三个参数option

options = 0

： 阻塞等待

options = WNOHANG

：非阻塞等待。需要由你自己循环调用非阻塞接口，完成轮循检测，可以让调用方在轮循检测期间做更多自己的事情。

当option被设置为WNOHANG时，则函数有三个返回值：

1. 返回值 > 0 : 非阻塞等待成功，返回子进程的PID
2. 返回值 < 0 ：非阻塞等待失败
3. 返回值 = 0 ：等待的进程尚未退出

所以，当函数的返回值 = 0时，可以让父进程执行一些其它的任务，然后轮循检测子进程是否退出。

4. 进程程序替换

4.1 认识进程替换

以往我们所创建出来的子进程，都是在执行和父进程相关的程序，那我能不能让子进程去执行一个全新的程序呢？

下面展示的接口就是来完成程序替换的·

见一见进程替换

运行我们自己的程序发现，它去调用了系统的ls命令。也就是你main函数中没有代码，但是你去调用了人家ls的代码，这就是进程替换。

进程替换不是创建新的进程，仅仅是将代码和数据替换、页表映射修改一下，进程相关的PCB信息根本没有变化。

• 参数

那这个execl函数的参数都是什么意思呢？

简而言之，path就是你要执行谁，后面的可变参数列表就是你想怎么执行它。

• 返回值

这个execl的返回值是干什么用的呢？

只有调用execl时发生错误，该函数才会后返回-1；

成功时没有返回值，因为调用成功后代码全被覆盖了，那它返回什么

，所以只要它返回，它必定是失败的。

有了上面的理解后，我们做个简单的总结：

1. 在进程替换的使用中，一般不会让当前进程去替换，而是创建一个子进程去替换。父进程只需看子进程表演，如果想获得子进程任务的执行情况，通过返回码判断。如果返回了，则替换失败；没有返回，替换成功。
2. 如果我不再将execl的参数写死，而是让用户输入，并且我给这段代码在套一个死循环，这不就是一个简单的命令行解释器吗？
3. 在linux中，所有的进程都是由父进程创建的，那系统是怎么把我们的程序跑起来的呢？也无非就是先fork，然后进行程序替换。
4. 所以进程创建时要先有内核数据结构，即：使用fork继承父进程的；然后再execl加载自己的代码和数据，这不就是一个新的程序了吗？
5. 因此，用户所执行的所有程序，在操作系统看来全部都是进程。无非就是fork以后再执行程序替换

4.2 认识全部接口

进程替换一共有7个接口

第七个execve是系统调用，前6个都是C帮我们封装的函数，底层是调用的第七个。

• execv vs execl

二者的区别就是execv将后面的参数，全部放在了一个vector里；execl是放在了一个list中

此时的vector数组，是不是就像main函数的命令行参数呢？ - -就是这样，系统就是通过这个传递给main函数的。

execl函数内部也会将所传递的参数转化为上图所示的数组！

• execlp vs execvp

带p（path）意味着：调用时无需指定路径，只需指定调用谁。v和l的区别还是vector与list

为什么不需要指定路径了呢？因为它会自己去path路径下找。

• execvpe

除了告诉系统我要执行谁，怎么执行，我还可以给它传递新的环境变量，此时第三个参数就是环境变量。

当我们不传递时，替换的程序可以获得环境变量吗？- - 可以，通过全局指针变量envrion。
当我们传了，此时就会用我们所传递的，替换环境变量，程序使用全新的环境变量。

但是我不想改变整个环境变量表，仅仅想增加环境变量呢？

putenv()

，谁调用该函数，就将新的环境变量添加到它环境变量表当中！
如子进程添加环境变量，父进程的不变。

这些函数原型看起来很容易混,但只要掌握了规律就很好记。

• l(list) : 表示参数采用列表
• v(vector) : 参数用数组
• p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH
• e(env) : 表示自己维护环境变量